Mô hình thay dao tự động (ATC) cho máy công cụ CNC

Hình vẽ 3D của máy Với kết cấu của thân máy như trên ta sẽ thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy có dạng tang trống với tâm quay nằm thẳng đứng.. Bước 3: Hệ thống khí nén được kích

Trang 1

Mô hình thay dao tự động (ATC)

cho máy công cụ CNC

Trang 2

Đồ Án Đề tài: Mô hình thay dao tự động (ATC)

Mô hình thay dao tự động (ATC) với 32 đài dao

1.1 Lập quy trình tính toán hệ thống thay dao tự động

1.1.1 Cấu tạo chung của máy CNC_V30

a Cấu tạo của máy CNC-V30 :

Hình 1 1 Cấu tạo chung máy CNC-V30 Bảng 1 1 Các bộ phận của máy

Trang 4

Kiểu động cơ trục X/Y/Z AC - 6/ AC - 6 / AC - 12

Công suất động cơ 1.0 kW/ 1.0 kW/ 2.1 kW

Đường kính lớn nhất của dao 100 mm

Chiều dài lớn nhất của dao 250 mm

Khối lượng lớn nhất của dao 7 8 kg

Độ chính xác:

Độ chính xác vị trí 0.001 mm/toàn bộ hành trình

Khả năng lặp chính xác 0.005 mm

b Kết cấu của thân máy và trục chính của máy CNC.

Để thiết kế hệ thống thay dao tự động ta cần biết các thông số về đường kính trục chính trc= 120mm, hành trình thay dao của trục chính máy là Ltrc= 130mm, khoảng cách giữa đường tâm trục chính tới thân máy là L = 505 mm,kích thước của thân máy là : a x b = 400 x 360 mm

3

Trang 5

Hình 1 2 Hình vẽ 2D của máy

Kết cấu thân máy và trục chính đang ở vị trí kẹp dao

Trang 6

Hình 1 3a Hình vẽ 3D của máy

Với kết cấu của thân máy như trên ta sẽ thiết kế hệ thống thay dao tự động cho máy có dạng tang trống với tâm quay nằm thẳng đứng Hệ thống thay dao sẽ được gá trên một giá đỡ được lắp trên thân máy ở phía bên trái của thân máy

c Kích thước đài dao với chuôi BT30 [ 5 ].

5

Trang 7

Hình 1 4 Bản vẽ đài dao

Hình 1 5 Mô hình đài dao

Trang 8

Mô hình 3D của đài dao với độ côn 7/24 Taper

Các dụng cụ cắt được lắp ghép lên các đài dao Với đường kính lớn nhất của dao là : max= 120 mm Trọng lượng của dao là 5 kg

2.1.2 Các bước thay thế dụng cụ trên máy

Quá trình thay thế dụng cụ khi trục chính có chứa dụng cụ

Sau khi có lệnh gọi thay dao (M06 T01) thì các chuyển động chay dao sẽ dừng khi dó quá trình thay dao sẽ qua các bước sau :

1.2: Nguyên lý thay dao tự động

Sau khi gọi lệnh Txx-M06 thì hệ thống thay dao sẽ thực hiện các bước để thay dao sau:

Lưu đồ 8 bước thay dao

Bước 1: Trục chính về mặt phằng thay dao, xoay định hướng góc then

Bước 2: Ổ chứa dao tự hành đi vào kẹp dao trên trục chính

Bước 3: Hệ thống khí nén được kích hoạt để thực hiện xy lanh mở chấu kẹp và đầy dao không mút vào mặt côn của trục chính

Bước 4: Trục chính đi lên hết chiều cao của đài dao

Bước 5: Ổ chứa dao quay phân độ đưa dao cần thay vào miệng trục chính

Bước 6: Trục chính đi xuống về mặt phằng thay dao

7

Trang 9

Bước 7: Giải phóng khí nén để hồi xy lanh kẹp và kẹp dao bằng lực đàn hồi của lò xo

Bước 8: Ổ chứa dao hồi về vị trí ban đầu

2.1.3 Xác định gốc tính toán cho hệ thống thay dao

Để đảm bảo cho quá trình thay dao với độ an toàn cao ta cần phải xác định một điểm chuẩn cho hệ thống thay dao đó là điểm trùng với điểm gốc của trục chính máy CNC trong quá trình thay dao Điểm này phải đảm bảo sao cho đường tâm của trục chính và đường tâm của dụng cụ được gọi ra thay phải trùng nhau và phải đảm bảo hành trình thay dao của trục chính Ltrc = 130 mm, và hành trình dẫn hướng của xylanh Lxl= 250 mm không xảy ra va đập Vậy điểm điểm chuẩn đó được xác định:

Trang 10

Hình 2 6 Sơ đồ biểu diễn điểm chuẩn thay dụng cụ

Sơ đồ phân bố điểm chuẩn thay dao

Để tính toán cho hệ thống thay dao thì ta cần phải xác định một điểm gôc tính toán cho hệ thống Từ điểm chuẩn thay dao và hành trình của xylanh là:

9

Trang 11

Lxl = 250 mm Vậy điểm gốc tính toán cho hệ thống thay dao cách điểm chuẩn thay dao là 250 mm.

2.1.4 Lập quy trình tính toán hệ thống thay dao

Với các dư liệu đầu vào

- Số dao đài dao chứa : 32

- Đường kính lớn nhất của dao : 120(mm) Lấy theo đường kính của dao phay mặt đầu

- Loại chuôi dao : BT30

- Chiều cao chuôi dao : 85(mm)

- Khối lượng dao : 5 kg

- Đường kính lớn nhất của cụm trục chính : max = 120 mm

- Khoảng cách từ tâm trục trính đến thân máy Ltrc = 505 mm

- Kích thước thân máy 360x400mm

- Hành trình dân đài mang dao L = 250 mm

- Tính toán Tang chứa dụng cụ

- Tính toán cơ cấu quay phân độ _ cơ cấu Man

- Tính toán và lựa chọn động cơ cho cơ cấu quay phân độ

- Tính toán và lựa chọn ổ lăn

- Tính toán loxo tạo ra lực kẹp dao

Trang 12

Đồ Án Đề tài: Mụ hỡnh thay dao tự động (ATC)

- Tớnh toỏn và lựa chọn hệ thống xylanh khớ nộn dẫn động đài dao

- Kiểm tra độ bền cho hệ thống thay dao

các dữ liệu đầu vào

N : Số lựơng dao của ổ chứa dao N=16

D max : đừơng kính lớn nhất của dao D max = 100

mm BT40 : loại chuôi dao (r bán kính cổ của đài dao) m : khối lựơng lớn nhất của dao 7 8 kg

D trc : đừơng kính trục chính máy CNC D trc = 120mm

L t : khoảng cách từ tâm trục chính đến thân máy L t =

505 mm H : hành trình vào lấy dụng cụ của trục chính

L 1 : khoảng cách từ gốc tính toán đến thân máy

Xác định bán kính Tang :

L 2 : khoảng cách từ gốc tính toán đến trục chính R

T = R - r - h Kết cấu của thân đỡ Hệ thống thay dao

Kiểm tra đừơng kính trục chính khi vào thay dụng cụ

Xác định bán kính vòng tròn chứa dao :

R D max N 4

Vị trí các dao có góc phân độ :

2 N

Cơ cấu điều khiển - Cơ cấu Man

R đ

L m = cos khoảng cách giữa tâm cần và đĩa Man

n : số vòng quay của cần n

Kiểm nghiệm độ bền của trục

Tính toán và lựa chọn ổ đũa côn để đỡ Tang

Lựa chọn ô bi để giữa trục

Tính toán hệ thống dẫn động Tang vào thay dao ( Hệ thống dẫn động bằng xylanh khí nén)

L xl : Hành trình làm việc của xylanh D : đừơng kính piston

Hỡnh 1 7 Sơ đồ quỏ trỡnh tớnh toỏn hệ thống thay dao tự động

11

Trang 13

1.2 Tính toán Tang chứa dao

1.2.1 Xác định các thông số hình học của Tang

Các thông số ban đầu:

Tính toán hệ thống với số lượng dao N = 32 dao

Đường kính lớn nhất của dao: max= 120 mm {Lấy theo đường kính lớn nhất của dao phay mặt đầu}

Chuôi dao BT30

Đường kính của trục chính: max= 120 mm

Hành trình của trục chính trong quá trình vào thay đổi dụng cụ Ltd= 130 mm

Để đảm bảo an toàn trong quá trình thay dao ta cần tính toán cho cơ cấu sao cho kết cấu của hệ thống phải gọn nhẹ,phải có độ chính xác cao,không xảy ra va đập khi trục chính vào thay dụng cụ

Để Tang chứa dao chứa đủ 32 dao mà vẫn đảm bảo cho quá trình thay dao không xảy ra sự cố thì trước tiên ta đi tính toán bán kính từ tâm dao đến tâm trục

ổ chứa dao :

Trang 14

Hình 1 8 Sơ đồ tính toán kích thước hình học của Tang

a_ Bán kính từ tâm của dao đến tâm của Tang chứa dao R0 được xác định :

R0 > 2CTrong đó:

C : Chu vi của đa giác chứa dao được xác định:

Để giữa các dao có Rmax có khoảng các ta lấy R 0 = 630

(mm) Khi đó chu vi của vòng tròn chứa dao la:

C = 2 .R0 = 2.3,14.630 = 3956,4(mm) 13

Trang 15

b_Xác định khoảng cách giữa các dao gần nhau trong Tang :

Khoảng cách giữa hai tâm của dao có thể xác định gần đúng :

Trang 16

Hình 1 9 Sơ đồ trục chính tham gia vào thay dụng cụ

Để đảm bảo an toàn trong quá trình thay dao ta cần kiểm tra xem khi trục chính vào thay dao số 1 có bị va chạm với các đài dao số 2 và đài dao số 32 hay không

15

Trang 17

Đường kính lớn nhất của trục chính : max= 120(mm)

Đường kính lớn nhất của độ côn đài dao BT30 là: C = 31,75(mm)

Khoảng cách giữa tâm các đài dao L = 123,6(mm)

Ta đi xác định khoảng cách từ tâm đài dao số 1 đến độ côn của các đài dao

d_Lựa chọn cơ cấu kẹp dao trên Tang

Để trục chính tham gia vào thay dao được chính xác thì dao cần có một vị trí xác định trên Tang chứa dao.Vậy ta cần hạn chế 5 bậc tự do của dao trên

Tang

Để kẹp dao lên Tang ta có thể dùng hệ thống kẹp dao của hệ thống thay dao

tự động của trung tâm gia công CNC_V30.Hệ thống kẹp dao gồm :Tay kẹp trái_Tay kẹp phải_Chốt định vị_và một loxo tạo ra lực kẹp dao

Các thông số hình học của tay kẹp:

Trang 18

Hình 1 10a Các thông số của tay kẹp

17

Trang 19

Hình 2 11b Mô hình của tay kẹp

Các thông số hình học của tấm định vị:

Hình 1 12a Thông số hình học của tấm định vị

Trang 20

Hình 2 13b Mô hình của tấm định vị

Dao sẽ có khoảng cách xác định so với đường tâm của Tang mang dao nhờ tấm định vị hạn chế 1 bậc tự do theo phương ngang và cơ cấu kẹp tự định tâm.Quá trình kẹp dao:

19

Trang 22

Tính toán khe hở giữa các tay kẹp dao

L : khe hở cần tính để tránh va đập giữa các tay kẹp

N : số dao kẹp Tang có thể chứa

L C

N 2r 2h 3956

32,4 2.15,875 2.23 48,88 (mm)

Kiểm tra khi tay kẹp mở

Khi thay dao tay kẹp sẽ xoay quanh điểm O1một góc = 5o vậy lượng mở thêm của tay kẹp ứng với bề dầy nhất là :

Lk 83.tg 83.tg5o 7,26 < 48,88 (mm)

Vậy các tay kẹp không bị va chạm vào nhau trong quá trình thay dao

e_Tính toán các thông số hình học của Tang

Tính bán kính vòng ngoài của Tang R 1 :

Trong đó :

R0 : bán kính từ tâm dao đến đường tâm Tang R0=630(mm) h

: Lượng nhô ra của tấm định vị so với Tang h = 16 (mm)

Rmaxd: bán kính lớn nhất của đài dao Rmaxd = maxd 46 23 (mm)

21

Trang 23

Lấy R 1 = 590 (mm).

Bán kính vòng trong của Tang R 2 :

Để có không gian cho tay kẹp di chuyển va lắp ghép lò xo để tạo ra lực kẹp

ta cần phải xác định bán kính vòng trong của Tang R2

Tính kích thước chiều cao Tang

Chiều cao của đài dao h =75 mm

Với chiều cao của dao ta có thể lấy chiều cao của Tang gần bằng chiều cao của dao.Ta lấy H = 65 mm

Vậy kết cấu hình học của đĩa Man :

1.2.2 Tính toán cơ cấu Man cho Tang chứa dao [4,6]

a Tính toán các thông số hình học của cơ cấu

Man

Nguyên lý hoạt động của cơ cấu Man :

Cơ cấu Mante là cơ cấu dùng để biến chuyển động quay liên tục của đĩa O2thành chuyển động quay gián đoạn của đĩa O1 Chuyển động gián đoạn của đĩa

O1 chính là chuyển động quay phân độ các vị trí của các đài dao tham gia vào vị trí thay dao.Thường số rãnh trên đĩa Man là Z = 4,6,8, ,16,18,20,22,24

Với hệ thống thay dao gồm có 24 đài dao vậy ta cần tính cơ cấu Man với số rãnh là : Z = 32

Trang 24

22

Trang 25

Hình 1 15a Sơ đồ tính toán cơ cấu Man

Trang 26

Điều kiện bắt buộc để chống va đập là :

Khi thiết kế góc 2 T thực tế nhận được là tích số của góc 2 đã cho trước với tỷ

số truyền động i của cơ cấu Man :

Trang 27

Các thông số hình học của cơ cấu Man được xác định :

Khoảng cách giữa trục cần và trục đĩa Man L :

b Tính toán động học của cơ cấu Man

Xác định góc của đĩa Man khi cần quay được một góc :

Trang 28

Với = 5,625o thì:

d 0,098(cos0,098)

1,01 0,196 cosGia tốc của đĩa Man :

Gia tốc lớn nhất của đĩa Man xảy ra khi

Trang 29

Với thời gian thay dao hệ thống là : 5/9 (s)

Txl = 2,5 (s) thời gian hành trình xylanh vào thay dụng cụ

Ttr = 0,5 (s) thời gian truyền tín hiệu

Ttrc = 0 (s) thời gian hành trình trục chính vào thay dụng cụ

Tt = tm+to= 0.5 (s) thời gian thay đồi một vị trí của

Tang Ta đi tính gia tốc góc và vận tốc góc cho đĩa Man

n 3,14.122,28 12,8(rad/s2)

30 30Vận tốc và gia tốc góc ở vị trí bắt đầu và kết thúc của đĩa Man :

đ= 0

Trang 30

Gia tốc lớn nhất của đĩa Man xảy ra khi

c Tính toán động lực học của cơ cấu Man

Khối lượng của Tang chứa dụng cụ :

GT= GĐ+32.GK+32+.GD+GTrong đó:

GĐ: khối lượng của đĩa man là : 75 (kg)

GK: khối lượng của cơ cấu kẹp dao :GK= 2.GT+GC

GK= 2.0,35 + 0,1 = 0,8 (kg)

GD: khối lượng của một đài dao : 7 (kg)

G : khối lượng của các chi tiết phụ lấy = 10 (kg)

Xét các lực tác dụng lên đĩa Man trong quá trình làm việc

Vậy trọng lượng của Tang chứa dụng cụ là :

28

Trang 31

Hình 1 17 Sơ đồ tính động lực học cơ cấu Man

Sơ đồ phân bố lực trên cơ cấu

Man Trong đó :

Pđ : Lực do cần khi quay tác dụng lên rãnh của đĩa Man

Pms: Lực masát tạ ổ côn do trọng lượng của Tang tạo ra

P ms = P T f = 3282,426.0,02 = 65,65 N f

= 0,02 Hệ số ma sát của ổ đũa côn đỡ chặn

P : Lực của cần

Ro: Bán kính trung bình của ổ côn = 95 mm

Phương trình cân bằng momen với đĩa Man ứng với lúc đĩa Man có gia tốc lớn nhất :

Trang 32

J : Mômen quán tính do khối lượng của một dụng cụ với đường tâm củaTang

1.2.3 Tính toán và lựa chọn ổ lăn.

Với kết cấu của hệ thống thay dao ta dùng một ô lăn dạng ổ bi đỡ một dãy và một ổ lăn dạng ổ đũa côn ổ bi chỉ chịu tác dụng của lực hướng tâm, còn ổ côn chịu tác dụng của lực hướng tâm và lực dọc trục ở đây lực hướng tâm không lớn lắm so với lực dọc trục nên ta chỉ tính toán cho ổ côn còn ổ bi ta lấy theo kích thước của ổ côn

30

Trang 33

Hình 1 18a Sơ đồ bố trí ổ lăn trên hệ thống thay dao

a Lựa chọn loại ổ lăn :

Với kết cấu của cơ cấu chứa dao ta thấy ổ lăn chỉ phải chịu tác dụng của lực dọc trục, còn lực hướng khá nhỏ nên ta có thể bỏ qua.Vậy ta dùng ổ đũa côn đỡ chặn

b Chọn sơ bộ kích thước ổ :

Với kết câu của Tang chứa dao ta lựa chọn ổ đũa côn cỡ đặc biệt nhẹ 2007114

( theo GOST 333-71 ) với các thông số : đường kính trong d 1 = 75 mm ;

đường kính ngoài D = 115 mm , khả năng tải động C = 120 kN , khả năng tải tĩnh C o = 108,8 kN

c Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ :

ổ chỉ chịu tác dụng của trọng lượng của Tang và dụng cụ được gá đặt trên

Trang 34

hoạt động Tang chi quay 1 đến 2 vòng , nên ta chỉ kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh cho ổ

Trang 35

Ta lựa chọn ổ bi đỡ một dãy loại 115 (theo GOST 8338-75) với các thông số của ổ

Ta đi kiểm nghiệm độ bền của trục :

Trục đỡ Tang chỉ chịu tác dụng của lực dọc trục do khối lượng của Tang và dụng cụ là PT =3724(N) Vậy ta chỉ đi kiểm nghiệm độ bền kéo của trục

PT

Hình 1 20 Sơ đồ bố trí lực trên trục đỡ Tang

Vật liệu của trục là thép CT5 có giới hạn bền là b = 550 MPa , giới hạn chảy là

ch = 280 MPa

Trang 36

k

PT

F

Với F 752 342 3509, 9 mm2=35,099cm2

4 3724.10 3

k

Vậy trục thoả mãn điều kiện bền

Biến dạng dài của trục l được tính theo công thức :

E = 2.104 kN/cm2 : môđun đàn hồi của thép

1.3 Tính toán hệ thống dẫn động cho cơ cấu thay dao

1.3.1 Tính toán trục dẫn hướng [1]

Để dẫn hướng cho Tang chứa dụng cụ thực hiện quá trình thay dao, ta dùng hai trục lắp trên thân đỡ để dẫn hướng Sơ đồ bố trí 2 trục dẫn hướng trên hệ thống thay dao:

34

Trang 37

Hình 1 21 Sơ đồ bố trí trục dẫn hướng trên hệ thống thay dao

Sơ đồ bố trí trục dẫn hướng trên hệ thống thay dao

Với hệ thống thay dao đòi hỏi độ chính xác cao, trục dùng để dẫn hướng Tang chứa dao tiến vào trục chính của máy để thay dao thông qua các bạc Vậy ta có thể coi trục chỉ chịu tác dụng của trọng lượng của Tang chứa dụng cụ, Động cơ

để truyền chuyển động quay phân độ Tang và thân đỡ Tang Ta chọn vật liệu của trục là C45

Đường kính trục dẫn hướng được tính theo hai chỉ tiêu là độ bền uốn vào độ võng lớn nhất cho phép Đầu vào là khối lượng của hệ thống tang chứa dụng cụ,

và khoảng các giữa hai gố ổ cố định được lấy gần bằng hành trình dịch chuyển của tang

Đầu vào:

Trang 38

+ Vật liệu thép C45 với các thông số như sau: b = 600 (MPa), ứng suất xoắn cho phép =12 20(MPa)

+ Chiều dài trượt: Ltd= 130 mm

Tính đường kính trục dựa trên độ bền uốn Kết quả tính toán trong trường hợpTang và dụng cụ nằm tại vị trí giữa của trục dẫn hướng Khi đó lực tác dụng lên

2 ổ đỡ sẽ là PT/2 Như vậy mô men lớn nhất là tại vị trí giữa của trục có độ lớn

Kiểm tra độ võng lớn nhất của trục bằng phương pháp nhân biểu đồ

Vêrêsaghin Xây dựng các biểu đồ mô men Mp và Mk

Hình 1 22 Biểu đồ mô men

36

Định dạng
Số trang	57
Dung lượng	2,5 MB